Par lielu nožēlu mums nav iespējas atgūt laiku atpakaļ un redzēt, kā Visums attīstījās tā dzīves pirmajās minūtēs. Izmantojot matemātiku un novērojumu datus, labākie planētas prāti veido visdrosmīgākos modeļus. Viens no tiem ir kosmiskā inflācija.
Inflācijas teorija jeb Visuma inflācijas modelis apvieno kvantu fizikas un daļiņu fizikas idejas, lai izpētītu Visuma agrīnos mirkļus tūlīt pēc Lielā sprādziena. Pēc viņas teiktā, Visums izveidojās ļoti nestabilā stāvoklī, kas jau pirmajos brīžos izraisīja tā strauju izplešanos. Viena no šīs paplašināšanās sekām ir tā, ka Visums ir daudz lielāks, nekā sākotnēji tika paredzēts, un tas stiepjas daudz tālāk, nekā mūsu teleskopi var redzēt. Turklāt šī teorija paredz dažas īpašības, kas nav izskaidrotas Lielā sprādziena teorijas ietvaros, piemēram, vienmērīgu enerģijas sadalījumu un plakanu telpas-laika ģeometriju.
Inflācijas Visuma teoriju 1980. gadā izstrādāja fiziķis Alans Guts. Mūsdienās to uzskata par vispārpieņemtu Lielā sprādziena teorijas daļu, kaut arī pēdējās centrālās idejas tika izteiktas daudz agrāk, nekā tika formulēta inflācijas teorija.
Kā viss sākās
Lielā sprādziena teorija ir sevi pierādījusi ļoti veiksmīga gadu gaitā - jo īpaši ņemot vērā, ka tā tika apstiprināta, atklājot fona starojumu (mikroviļņu fona). Tomēr, neskatoties uz šīs teorijas lielajiem panākumiem, izskaidrojot lielāko daļu Visumā novēroto aspektu, palika trīs problēmas:
Likās, ka Lielā sprādziena modelis paredzēja izliektu Visumu, kurā enerģija tika sadalīta nevienmērīgi un kurā bija daudz magnētisko monopolu. Tomēr neviens no šiem datiem neatbilda.
Alans Guts / Annette Boutellier.
Fiziķis Alans Gūts pirmo reizi uzzināja par plakanuma problēmu Roberta Dika lekcijā Kornela universitātē 1978. gadā. Turpmākajos gados Gūta šai situācijai piemēroja jēdzienus no daļiņu fizikas un izstrādāja agrīnā Visuma inflācijas modeli.
1980. gada 23. janvārī Guta iepazīstināja ar saviem atradumiem lekcijā SLAC Nacionālajā paātrinātāja laboratorijā. Viņa revolucionārā ideja bija tāda, ka kvantu fizikas principus no pašas daļiņu fizikas sirds var piemērot Lielā sprādziena pirmajās dienās. Pēc viņa teiktā, Visumam vajadzēja būt ar augstu enerģijas blīvumu. Saskaņā ar termodinamiku Visuma blīvumam vajadzēja izraisīt tā paplašināšanos ar neticamu ātrumu.
Faktiski saskaņā ar tā laika jauno modeli Visumam vajadzēja rasties "viltus vakuumā" un bez Higsa mehānisma (citiem vārdiem sakot, Higsa bozons neeksistēja). Viņai bija jāiziet hipotermijas process, meklējot stabilu zemas enerģijas stāvokli ("patieso vakuumu", kurā darbojas Higsa mehānisms) - un tas izraisīja straujas paplašināšanās periodu.
Cik ātri tas notiek? Saskaņā ar modeli Visums divkāršojās ik pēc 10-35 sekundēm. Tādējādi pirmajās 10–30 sekundēs pēc lielā sprādziena tā izmērs būtu divkāršojies 100 tūkstošus reižu, un tas ir vairāk nekā pietiekami, lai izskaidrotu līdzenuma problēmu. Pat ja Visumam pašā sākumā būtu kāds izliekums, šāda paplašināšanās pakāpe novestu pie tā, ka šodien viss izskatīsies plakaniski. (Ņemiet vērā, ka Zeme ir pietiekami liela, lai tā mums izskatās līdzena, lai gan mēs zinām, ka virsma, uz kuras mēs stāvam, ir izliekta, veidojot sfērisku objektu.)
Kvantu svārstības, kas rodas inflācijas laikā, patiešām stiepjas visā Visumā. Tā plaša mēroga izpausmē inflācija noved pie tā, ka Visums kļūst plakans un zaudē savu agrīno izliekumu / E. Siegel / Aiz Galaktikas.
Turklāt enerģija tiek sadalīta tik vienmērīgi sakarā ar to, ka pašā sākumā mēs bijām ļoti maza Visuma daļa, kas paplašinājās tik ātri, ka pat tad, ja enerģijas sadalījumā būtu nopietni pārkāpumi, tie mums būtu pārāk tālu no mums varēja viņus pamanīt vai sajust. Tas, savukārt, kalpo kā viendabīguma problēmas risinājums.
Teorijas attīstība
Pēc paša Alana Guta teiktā, teorijas problēma bija tāda, ka, sākoties inflācijai, tai būs jāturpina bezgalīgi. Zinātnieki nav redzējuši mājienus par kādu atšķirīgu mehānismu šī procesa "izslēgšanai".
Turklāt, ja kosmoss nepārtraukti paplašinātos ar šādu ātrumu, tad Sidneja Kolemana iepriekš paustā ideja nebūtu darbojusies. Kolmens prognozēja, ka agrīnajā Visumā fāzu pāreju laikā veidojas mazi burbuļi, kas saplūst viens ar otru. Inflācijas klātbūtnē burbuļi pārāk ātri attālinās viens no otra, bez laika apvienoties.
Padomju fiziķis Andrejs Linde vērsa uzmanību uz šo problēmu. Viņš to izpētīja un secināja, ka ir arī cita interpretācija, kas nodrošina šīs problēmas risinājumu. Tajā pašā laikā - tas bija vēl pagājušā gadsimta astoņdesmitais gads - dzelzs priekškara otrā pusē Andreass Albrehts un Pols Šteinharts paši pieņēma līdzīgu lēmumu.
Andrejs Linde / LA Cicero.
Lieta ir tāda, ka sākotnējā Guta modelī tika atļauts rasties vairāk nekā vienai inflācijas zonai, kas, savukārt, varēja sadurties. Šajā gadījumā rezultāts bija nesakārtota telpa, kurā starojumam un matērijai ir neviendabīgs blīvums. Tas nepavisam neatbilda patiesībā novērotajam. Linde, Albrehts un Šteinhards mainīja skalārā lauka vienādojumu - un tam visam bija jēga. Saskaņā ar šo risinājumu mūsu novērojamā Visuma cēlonis bija viens vakuuma burbulis, kas atdalījās no citiem kosmosa inflācijas reģioniem. Runa ir par neiedomājamiem - pēc visiem standartiem - milzīgiem attālumiem.
Tik atšķirīga inflācijas teorija
Inflācijas teorijai ir vairāki nosaukumi. Piemēram, kosmoloģiskā inflācija, kosmiskā inflācija, inflācija, vecā inflācija (kā tiek saukta Alana Gūta teorijas sākotnējā versija), jaunā inflācijas teorija (Lindes, Albrehta un Šteinharda izstrādātais modelis).
Ir arī divas tuvas teorijas versijas: haotiskā inflācijas teorija un mūžīgā inflācija. Šajās teorijās inflācijas mehānisms nenotika tikai vienu reizi - tūlīt pēc Lielā sprādziena -, bet tas atkal un atkal notiek dažādos kosmosa reģionos. Šie modeļi pieņem, ka strauji pieaug "burbuļu Visumu" skaits, kas ietilpst Multiverse vai Multiverse. Daži fiziķi atzīmē, ka šie pareģojumi ir visās Visuma inflācijas modeļa versijās, un tāpēc neuzskata tos par atšķirīgām teorijām.
Vladimirs Guilēns
